50 anni di grandi scoperte scientifiche al CERN

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 A. Di Ciaccio    29-11-2023     Leggi in PDF
Crediti: CERN

Il 31 ottobre scorso, nell'Auditorium "Sergio Marchionne" del Science Gateway del CERN, si è svolto un simposio per celebrare le grandi scoperte del laboratorio nel campo della forza elettrodebole: i 50 anni delle correnti deboli neutre, a opera della collaborazione Gargamelle, e i 40 anni dei bosoni W e Z, a opera delle collaborazioni UA1 e UA2, presso il primo collisore protone-antiprotone della storia della fisica delle particelle.

Il programma della giornata ha passato in rassegna le pietre miliari passate e presenti nello sviluppo della teoria elettrodebole. Nel 1973, la collaborazione Gargamelle scoprì le interazioni di corrente neutra, nelle quali le particelle elementari possono interagire per mezzo dei bosoni Z. Gargamelle era una grande camera a bolle progettata specificatamente per rivelare i neutrini, lunga 4,8 metri e con un diametro di 2 metri, riempita con quasi 12 metri cubi di freon liquido (CBrF3). Il 19 luglio 1973 Paul Musset, della collaborazione Gargamelle, presentò in un seminario al CERN la prima prova diretta della debole corrente neutra – un processo previsto a metà degli anni '60 indipendentemente da Sheldon Glashow, Abdus Salam e Steven Weinberg – che richiedeva l'esistenza di una particella neutra, chiamata bosone Z, per mediare la forza debole. Questa particella e le correnti deboli neutre associate erano state previste dalla teoria cosiddetta elettrodebole, secondo la quale la forza debole e la forza elettromagnetica sono espressioni diverse della stessa forza.

La scoperta delle correnti deboli neutre pose la teoria elettrodebole unificata su solide basi, indicando l'intervallo di energia dove cercare i mediatori della forza debole. Solo 10 anni dopo, nel 1983, grazie alla costruzione del collisore Super Proton-Antiproton Synchrotron (SppS) all'energia nel centro di massa di 540 GeV, i bosoni W e Z furono scoperti dagli esperimenti UA1 e UA2. Il 20 gennaio 1983 Carlo Rubbia presentò, in un gremitissimo auditorium del CERN, i risultati dell'analisi dei dati di UA1 sulla scoperta dei bosoni W, seguito il giorno dopo da un seminario di Luigi Di Lella sui dati di UA2. Si era aperta in maniera spasmodica la caccia alla particella Z (la cui sezione d'urto è 10 volte più piccola di quella dei bosoni W). Finalmente, il 1° luglio 1983 ne fu annunciata la scoperta. Nel 1984 Carlo Rubbia, responsabile dell’esperimento UA1 e Simon Van der Meer, l'ingegnere CERN che ideò il raffreddamento stocastico degli antiprotoni, furono insigniti del Premio Nobel per la Fisica.

I decenni successivi hanno consentito misurazioni sempre più precise delle proprietà dei bosoni W e Z, perfezionando la conoscenza della teoria elettrodebole, come per esempio la conferma dell'esistenza di esattamente tre sapori di neutrini grazie al collisore elettrone-positrone LEP. Nel 2012 le collaborazioni ATLAS e CMS hanno annunciato la scoperta del Bosone di Higgs al collisore protone-protone LHC e, un anno dopo, François Englert e Peter Higgs hanno vinto il Premio Nobel per la Fisica per la loro previsione – fatta decenni prima insieme al compianto Robert Brout – di un nuovo campo fondamentale, noto come campo di Higgs, che pervade l'Universo e che si manifesta come il Bosone di Higgs e dà massa alle particelle elementari. Per il futuro, la proposta FCC-ee, che implica la costruzione di un nuovo collisore elettrone-positrone di 100 Km di circonferenza, intende continuare a esplorare la fisica elettrodebole con sempre maggiore precisione, alla ricerca di possibili deviazioni dal Modello Standard e aprire la strada per una nuova fisica.


Anna Di Ciaccio – Professore ordinario presso il Dipartimento di Fisica dell'Università di Roma Tor Vergata, la sua attività di ricerca si è svolta principalmente attraverso la partecipazione a diversi esperimenti presso macchine acceleratrici al CERN di Ginevra per lo studio delle collisioni protone-protone (esperimento R807 all'ISR), protone-antiprotone (esperimento UA1 al primo collider adronico di questo tipo), pione-nucleone al protosincrotrone SPS (esperimento WA92), protone-protone (esperimento ATLAS a LHC). Dal 1990 partecipa all'esperimento ATLAS, che nel luglio 2012 ha pubblicato la scoperta del bosone di Higgs.